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        考慮樁土作用某連續(xù)梁橋抗震性能研究

        2020-02-08 05:19:50繆世銳
        四川建材 2020年1期
        關(guān)鍵詞:鐵路橋梁梁橋彎矩

        繆世銳

        (西南交通大學(xué),四川 成都 610031)

        0 前 言

        連續(xù)梁橋在我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)中使用廣泛,連續(xù)梁在恒活載作用下,產(chǎn)生的支點(diǎn)負(fù)彎矩對(duì)跨中正彎矩有卸載的作用,使內(nèi)力狀態(tài)比較均勻合理,因而梁高可以減小,由此可以增大橋下凈空,節(jié)省材料,且剛度大,整體性好,超載能力大,安全度高,橋面伸縮縫少,并且因?yàn)榭缰薪孛娴膹澗販p小,使得橋跨可以增大[1-4]。因?yàn)槠渚哂性S多優(yōu)點(diǎn),所以在較大跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土橋應(yīng)用很廣泛。

        連續(xù)梁橋在恒載作用下,由于支點(diǎn)負(fù)彎矩的卸載作用,跨中最大正彎矩顯著減小,因此,用在較大跨徑時(shí)相較簡(jiǎn)支梁橋經(jīng)濟(jì)。連續(xù)梁在每個(gè)墩臺(tái)上只需設(shè)一個(gè)支座,橋墩寬度小,節(jié)省材料;而且梁連續(xù)通過(guò)支座,接縫少,行車平順,因此,對(duì)高速行車有利;因?yàn)樯鲜龅囊幌盗袃?yōu)點(diǎn),連續(xù)梁橋在我國(guó)大量的修建使用。對(duì)于鐵路橋梁而言,其動(dòng)力特性的影響因素除上部結(jié)構(gòu)及橋梁支座外,橋墩-樁基體系也是一個(gè)不可忽視的方面[3]。近年來(lái)我國(guó)地震頻發(fā),2008年“5·12”汶川8.0級(jí)巨震、2010年青海省玉樹(shù)7.1級(jí)大地震、2013年四川省雅安市蘆山縣7.0級(jí)大地震。這些大地震均造成大量建筑物的損壞,其破壞力遠(yuǎn)大于其他自然災(zāi)害。如1976年唐山7.8級(jí)大地震,造成24萬(wàn)人直接在地震中死亡,16萬(wàn)人受傷,71座大中型橋梁及160座小型橋梁受損,鐵路橋梁占39.3%。給震后救援重建工作帶來(lái)了極大的困難,導(dǎo)致更多的生命喪失[2, 5]。汶川地震中,四川省內(nèi)受損的橋梁超過(guò)2000多座,嚴(yán)重破壞者70多座,完全失效者達(dá)52座[6]。

        在這些地震中,許多的混凝土橋梁都遭受了不同程度的破壞,嚴(yán)重影響了災(zāi)后的救援工作。所以為了確保橋梁在地震發(fā)生后還能正常使用,針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震減災(zāi)措施的研究?jī)?nèi)容也越來(lái)越受重視,本文以某高速鐵路橋梁為例,對(duì)其在考慮樁土作用下的抗震性能進(jìn)行研究,為類似建設(shè)及橋梁抗震設(shè)計(jì)提供參考。

        1 工程概況

        某高速鐵路橋是張家界至懷化高鐵中的一座懸臂施工的預(yù)應(yīng)力混凝土雙線連續(xù)梁橋,橋梁總長(zhǎng)275 m,跨徑組合為75+125+75(m)。設(shè)計(jì)速度為350 km/h,線路為板式無(wú)咋軌道,曲線半徑大于7 000 m,正線間距5.0 m。箱梁為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。中間支點(diǎn)位置截面梁高9.4 m,跨中及邊跨截面梁高為 5.4 m;梁底下緣變化按二次拋物線變化,腹板厚度按折線變化,底板厚按二次拋物線變化。二期恒載的大小按照直曲線無(wú)聲屏障140 kN/m,直曲線有聲屏障按160 kN/m計(jì)算。溫度梯度按照規(guī)范然后依據(jù)橋梁所在地月平均最高與最低氣溫確定整體升降溫為±20 ℃。頂板溫度升溫8 ℃計(jì)算。主梁采用C55混凝土,普通鋼筋采用HPB300鋼筋,縱向預(yù)應(yīng)力束冷拔高強(qiáng)鋼絞線。

        2 高速鐵路橋梁Midas模型簡(jiǎn)介及靜力分析

        本橋采用大型有限元軟件Midas/Civil進(jìn)行分析計(jì)算,采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行三維模擬計(jì)算,全橋共個(gè)90個(gè)梁?jiǎn)卧?04個(gè)節(jié)點(diǎn),如圖1所示。等到橋梁主體施工結(jié)束,橋面的附屬設(shè)施修建完工,再等到主梁的混凝土收縮徐變基本完成以及預(yù)應(yīng)力鋼絞線松弛以后,把這個(gè)階段的橋梁看作成橋階段。

        圖1 全橋有限元模型

        由分析計(jì)算結(jié)果可以得知,靜活載作用下最大撓度值為-46.25 mm,為跨度的L/2 073,小于控制值1.1L/1 500,符合規(guī)范的要求。

        3 地震作用下動(dòng)力時(shí)程分析

        本文基于商業(yè)通用軟件Midas,首先建立考慮樁土作用與墩底固結(jié)的有限元模型,如圖2所示。

        圖2 樁土作用模型

        對(duì)該高速鐵路橋梁有限元數(shù)值模型進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析。橋梁的地震響應(yīng)時(shí)程分析結(jié)果如圖3~4所示,因篇幅原因,本文只列出樁土作用模型的主墩時(shí)程結(jié)果。

        圖3 2號(hào)墩內(nèi)力/MPa

        圖4 3號(hào)墩內(nèi)力/MPa

        從分析結(jié)果可以看出,該橋在墩底固結(jié)與樁土作用下兩種工況下運(yùn)用時(shí)程分析法得到的最大位移分別為15.33 mm與31.56 mm,但是固定墩彎矩明顯變小。本文研究可為易發(fā)地震地區(qū)的高速鐵路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

        4 結(jié) 論

        本文以某高速鐵路橋梁為背景,對(duì)該類型橋梁的墩底固結(jié)模型以及樁土作用模型的抗震性能進(jìn)行研究。研究結(jié)果顯示,地震作用下高速鐵路橋梁最大節(jié)點(diǎn)位移在控制范圍內(nèi),基本滿足使用要求。本文研究可為易發(fā)巨震地區(qū)的高速鐵路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

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